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高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维水泥产品制备工艺及应用

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2014年第10期 黠瓦 ; 垦 高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维 水泥产品制备工艺及应用 李 良 姜 维 郑艳红 (内蒙古双欣环保材料股份有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 () )1 4) 摘要:介绍了高强高模聚乙烯醇纤维的生产工艺流程、化学反应以及纤维的微观结构图,同时详细介绍 了国内外生产高强高模聚乙烯 ̄g(t,VA)纤维水泥的工艺方法,阐述了其特点;针对国内外相关的应用案 例,归纳提出了我国PVA特纤水泥的发展建议 关键词:聚乙烯 ;纤维;水泥;高 离模 中图分类号:TU525文献标识码:A文章编号:1001—6945(2014)10—0099—04 Preparation process and application of high strength and high modulus polyvinyl alcohol(PVA)fiber cement LILiang JIANGWet ZHENG Yah—hong Abstract: rhe aI’ti(’lP intro(1utes the pr()(tuction pl’()(’ ss chemical retl(‘tion and the IlliC1’()structure diagr’am of high strength and higt1 modulus pulyvinyl alcohol fiber.and details the production process an【I charactel isti(・s tlf’higl1 sh’ength tlIl(1 high modulus polyvinyl alcol1()l fiber cement.Finally puts foI'war(1 pl‘oposals f(1r I’VA fihmlf、nt(・ n1PtIt. Key Words:1)olyvinyl al(:ohol,fiber cemen[,high strength and high moduluS 20 lI£纪80年,ft ̄+jj以来, 棉有害人体健康的问题 和改性聚 烯悄纤维来代体 棉 但足,改 烯 受剑如度 税.吲际I -fl:致 于研发和推广非石棉 纤维水flt,,ti¨^ Lj前绝人多数欧盟 家,以及美同、¨ 腈纤维的幔度(7 CNMtex~8 CN/dtex) 畅氏模艟 (140 CN/(itex~1 80 CN/(hex)低1:特种纤维强度 本与澳火利、I 等同 禁止生产和使川 棉水泥制 一些发展f11 (10 CNMtex~14 CN/dtex)f¨畅氏模墨(240 CNMtex~ 330 CN/dtex),『大I此,改性聚 烯腈的用途受到限制 j 瑞七埃特尼特公司根据长 验研究及 j 实践证 上 明:PVA纤维足最理想的石棉替代纤维。 内蒙古双欣环保材料股份有限公司是『l 为数不多的儿家能 业化,Ii产的高强高模聚乙烯醇纤 维厂家,公司产品已经 _I ̄ll:IL荚、南荚、欧洲、澳洲以 及东南亚30多个困家和地 ,深受下游产家的青昧 品,取 代之的足非 棉纤维水泥制 品的研发 家fn1・11 、 两等也 积微从事非 棉纤维水泥制 订推广,特别足近年来尔南 地区的越 石棉纤维水泥 南、泰 等 家的纤维水泥制品的发 更为活跃。韩 也 积书哎从rt1 寻找能够_牛产fU 品的介=、 j伙伴 1人】越来越多的 业也逐步从石 棉水泥 I 车向11 孑 j纤维水泥制, 。其Ilfl一些 业 已经 人 产和 n¨ 石棉纤维水泥产品。 1人】以及俄罗斯 II till火丁 {:斤j的发个他川问题 公司正存投入大最人力物/『J研发满足各种领域需求的 特种高强高模聚乙烯醇纤维 H前,内蒙 I 双欣环保 股份有限公司生产的建筑领域常用的PVA纤维的具 体指标参数如表1所示 SX4 为长度4 inlll的PVA 纤维,SX6制号为长度6 mIn的PVA纤维,SX8_}}l』号为 仍然行小 的观点,fll纵观lq际上的发 趋势,从石棉 水泥制r 最终止向ql: 棉纤维水泥制品的方向已不 可逆转起 ,业界川高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维 ‘. 新浪微博:砖瓦杂志社 2014. ,/ 墙材网WWW.brick-tile.corn 99 长度8 nlnl的PVA纤维 表1 高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维性能指标 高强高模聚乙烯醇微观结构见扫捕电镜冈2 1高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维 游离态的乙烯醇极不稳定,不能单独存在,所以要 . 获得具有实用价值的聚乙烯醇,通常以醋酸乙烯为单 图2高强高模聚乙烯醇微观结构 体进行聚合,进而醇解或水解制成聚乙烯醇。内蒙古 双欣环保材料股份有限公司采用电石制乙炔和醋酸为 高强高模聚乙烯醇和基料结合的微观 3 原料,在200℃左右,常压下以气相通到以活性炭等为 载体的催化剂醋酸锌上反应制得醋酸乙烯。具体的工 艺流程如下化学方程式所示: 乙炔和醋酸反应: HC=CH+CH CO0H— H C—CH I OCOCH, 图3高强高模聚乙烯醇和基料结合 醋酸乙烯聚合反应: nH C——CH—+t CH2——CH} +89 kJ/mol 2高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维水泥制品生产工艺 根据制造工艺的特点,高强高模聚乙烯醇纤维水 泥制品的生产可以分为以下几种 2.1抄取法生产工艺(Hatschek.process) I OCOCH l OCOCH 主要副反应为: H C=CH+CH OH— CH3COOCH,+CH,CHO 以原先生产石棉水泥制品的湿法T艺为基础,『Jn 以改造用来生产非石棉纤维水泥制品。抄取法日前仍 然是国际上用得最多的 I 艺 2.2流浆 ̄(flow—on.process)  lOC0CH 聚醋酸乙烯醇醇解反应: H C=CH+H20—+CH3COOH+CH3CH0 OCOCH 采取这一技术路线的主要优点在于可降低投资费 用。在中国的广东地区有些企业采用该方法生产非石 棉纤维水泥制品。 2.3挤出法(Extruding.process) f CH:一cH +nCH OH NaOH,f cHr_1=H} +nCH,C00CH3  lOCOCH _EcH:一cH +nNa0H—+fcHf H +nCH3COONa I OCOCH 以原先生产某些石棉水泥制品的挤HJ法T艺 (extrusion.process)为基础,进行适当改进而形成的。 I OH 该生产方法在拌合料中掺有高分子增塑剂,以满足拌 合料挤出成型时的可塑性要求。而此种增塑剂在原材 料成本中占很高的份额,目前在国际上只有少数企业 采用此法制造非石棉纤维水泥制品..在国内,北新建 材目前也采用此种工艺生产纤维水泥制品 2.4干法/半干 ̄; ̄--(Dry process and Semi—dry—process) 高强高模聚乙烯醇纤维单元晶胞结构见图1。 o o——铽 ●C——碳 ・H——氧 此种方法为日本某企业独创,目前国际上只有该 企业采用此种工艺。其工艺特点是,所用水泥、纤维及 其他掺和料等原材料采用干混或存很少水量的情况下 进行搅拌,然后采用压力成型的方法生产产品,整个过 醇纤维单元晶脆结构示意图 程中的用水量以水泥水化所需要的理论水量为基础, 新浪微博:砖瓦杂志社2014. ,/ ‘. 1 OO ll, .brick-tile.corn墙材网 2014年第10期 川水 很少,敝称为I 法或 十法乍产 陔法乍产的 能质 盎, …小彳『很高的ff 场份额 、 砧元 干混砂浆,如抹而抗裂砂浆等 4.1 高强高模聚乙烯醇纤维水泥外墙装饰挂板 纤维水泥板部分产品见冈4一 3高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维水泥产品的特点 尚强尚仪聚乙烯醇(PVA)纤维的弹性模量仅次于 钢纤维、玻璃纤维、碳纤维和超高分子聚乙烯纤维,其 抗 强度 ‘._j钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、超高分子聚 乙烯纤维和对位芳香聚酰胺纤维媲美,PVA纤维的价 .低、密度小、粘结力高、分散性好、易于搅拌,与其他 成纤维卡¨比,PVA纤维亲水性好,弹性模量高,并且 J{-6‘高比 f』!, 水f 卡ll容性好.增强效果明 另 外, I埘光 fll耐碱 也好,具 优良的化学稳定性 、 ■ i 5 I ~ 随? 人f『J埘I ’ 度PVA纤维的 断开发,其应用越来 越受到重 ,允』 足 水泥厅面,允分体现J 其良好的 心川前景fL'、 _卡f1容 :Z【ff,L{I-合力 ,图4纤维水泥板部分产品 川水泥纤维装饰外墙挂假施] 的实物样板 、 - 高傲高模PVA纤维I1f川于增强水泥,主要 : 水 ,使PVA能均一分散在水泥 一III :、U抗十 度乖lI模:i!岛;②与波特兰水泥有良好的 i  JjS质 1I; J 呲ll,1度PVA纤维与水泥 质问具有良好的 一_丁:・是陔纤维的非环形和不规则 j — ■l 他 仃I1』J J 扩人PVA 水泥 质成键面;二 是PVA纤 维的分 卡句rf,的一C—OH丛 rl『与水泥水化物巾 『f,J一()H蚺 1 J 成叶 I 『1,J c桥 ¨II,r以 灶高模柴乙烯醇(PVA)纤维为补强纤维 川成的水f 制。I『l币『I建筑材料有以下优点:①机械性能 良女r,一叮提I 筑材料的 和抗冲 ‘强度,建筑材料 的挠f}ff 度川‘捉高200%,: ff{f 度叮从195 kg/c111 提 图5用水泥纤维装饰外墙挂板施工的实物样板 高强高模聚乙烯醇纤维水泥外墙装饰 板具彳j‘以 下几个方『lji的特点:①耐气候悱——能K久保持美观; ②隔音性——隔离噪音;⑧隔热性——良好的保 性 能; 安全性——所有产 ,均小 f 棉: 而lf久性—— 能保持稳定的强度;⑥阻燃 ——防火等级Al; 耐 震性——干挂式材料安伞性 I y:lJ 225 kgk・III ,抗弹 玻劳也ltJ‘提高, l1r防止龟 裂 21耐酸做 好,适Jti r各种等级的水泥;⑧分散性 ,从环保、节能、安全性的观  来看,今后It 式施I 高强高模聚乙烯孵纤维水泥I:挂板产品的需求量必定 会El益增长 更值得骄傲的魁纤维水j 挂板产品邯 有奇特的自沽功能,墙板表 的光触媒纳米涂层防护 层具有比沾附物 强的亲水 H-.,粘附物 外墙表【fff之 问始终隔有一层水分子薄膜,能防止煤'tl ̄II发气等疏水 性物质 接沾附 墙板上 Ii,纤维水 外墙I:士 缱筑材料 Ill I,J‘K时I n1J保持 滑且无剥落现象;④ 水}J已板、水 他的弯… II /,父b:干¨耐寒性可提高50%;⑤ 操fi 条J'/I:『JiJ 改善;、 PVA川t 仪为台棉的f1:分之 ・. 此圳一I ,J t丫L位质 }可减少;⑦混凝土的透气性 低.f T1‘f5}【止fr i1.{1铁条的脚蚀。I 此 凝土不易风化,不 受 候影响 4高强高模聚乙烯醇纤维水泥制品的主要应用 板只要巡纠雨水(或水浇)就能使枯附物 州:f水一起徵 冲洗掉 纤维板 H小有使川40年以㈨,J 证, ¨一 实现了与建筑物 寿命纤维水泥板安装简 ,埘尼 .自,J要求是钢龙 tHil 或小龙骨即r, ,只要求 阳龙什, 厚要求1.6 mlll~23 mlTI之问.这样大大节省_r 3/4的牦 钢量,为企、【 节省成本,提高效率 4.2 高强度高洋}生模量聚乙烯醇纤维水泥基复合材料 PVA-ECC(Polyvinyl Ak‘0h0l—Engineered Cemen— 各种 I I的水 'It添JJlI一定比例的高强高模聚 乙烯 纤维称之为高灶商棋聚乙烯孵纤维水泥,其可 川丁: ,、修'8-I 准机场跑道、高等级公路、停机坪、大 跨 中f}梁、lIII肜 顶 Ilf 、高层建筑的转换人梁、柱、楼 板、jIilll堤坝、港r_1 、矿外隧道、涵洞、储水池、游泳 池等人体- ",、11'此,II凝十浇筑;②¨f川 卜产各种水泥制品, 』『【】符种餍顶、彩 、装饰墙板、轻质隔墙板、地板、地砖、 titious Composites)}!Ⅱ高强度高弹性模量聚乙烯醇纤维 水泥基复合材料 PVA—ECC通常足以水泥或者以水 泥加填料,或存_』 的基础 fI『掺JJI1小粒径细骨料作 I』、J吊顶、人【j 下水毹:道、水符及水管接头、城市雕 、人 架、防火板、越i 道、≯f 斤盖;⑧,l 产:商品 ’. 新浪微博:砖瓦杂志社 2014. ,/ 墙材网WWW.brick-tile.COVI1 1 O1 黠厄 2014年第10期为基体,用PVA纤维做增强材料。国内外的研究表明, -E嗣丘l 圜 4.4 高强高模聚乙烯醇抗裂改性抹面砂浆应用 高强高模聚乙烯醇抗裂改性抹面砂浆施工见图7 PVA—ECC的重要特点是以低掺量的PVA纤维实现超 高韧性,其拉应变值大于3%,且多缝开裂,裂缝宽度小 于3 mm,具有较高的抗裂性能,PVA—ECC还具有耐高 温、耐磨、耐疲劳及对环境无污染等特点。 随着交通荷载的不断增加、外界环境的不断变化 (冻融循环等)和氯离子侵蚀等原因,各国道路和桥梁 都面临着耐久性问题,以及维修和重建所带来的巨大 经济损失。PVA—ECC的试验和应用表明,该新材料的 耐磨性、变形性能和耐久性的性能可以有效缓解普通 混凝土的缺欠。PVA—ECC应用领域相当的广泛,例如 油气管道的保护层、灌溉渠道的修补、超高层建筑的抗 剪结构、填充墙、梁一柱连接构件等等 PVA—ECC在斜拉桥桥面上的应用见图6。 4.3 高强高模聚乙烯醇纤维抗裂改性砂浆 图7高强高模聚乙烯醇抗裂改性抹面砂浆施工 5结论 高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维可以代替石棉制造 无石棉纤维水泥板、瓦、管材 目前,国内就高强高模 聚乙烯醇纤维应用的研究还停留在比较低的水平上, 内蒙古双欣环保材料股份有限公司着眼国外一流的聚 乙烯醇纤维研究技术水平,加大投入,通过与同内一些 泡沫混凝土具有保温、隔热、隔声、轻质等优点,现 已经广泛应用到建筑隔墙领域。施工质量的好坏将直 高校和国外研究单位通力合作,正在迎头追赶:高强 高模聚乙烯醇(PVA)纤维替代致癌物石棉,性能优越, 符合国家相关产业政策,属于鼓励类项目。目前,国内 高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维主要用于出口,国内市 场需求量比较有限,需要进一步的开拓和挖掘,加大相 接影响到泡沫混凝土建材的整体形象,在工程实际应 用中,有的施工单位在施工过程中暴露出施工工艺与 之不相适应,以对待传统材料的方式来对待泡沫混凝 土砌块,致使房屋使用期问出现装饰面掉皮、墙体开 裂、空鼓等质量通病(主要是由于泡沫混凝土“墨水 瓶”式气孔结构的特点),从而使人们在建筑工程中使 关政策扶持力度,进一步促进高强高模聚乙烯醇 (PVA)纤维产业的持续良性发展: 参考文献: 用泡沫混凝土砌块时心有余悸,影响其应用效果;高强 高模聚乙烯醇纤维抗裂改性砂浆能够有效地解决泡沫 混凝土砌块墙面开裂、空鼓、起壳等问题。PVA纤维 【1】 沈荣熹,崔琪,李青海.新型纤维增强水泥基复合 材料【M].北京:中国建材工业出版社,2004. 【2】 李良,王广涛,姜维.水泥制品用高强高模聚乙烯醇 纤维国内外现状l『1.维纶通讯,2014.(1). 掺人抹面砂浆中,增加了抹面砂浆的稠度,抑制了胶凝 材料巾较重颗粒的下沉运动 PVA纤维可以在塑性 抹面砂浆中形成网状结构,当集料颗粒下沉时,纤维形 成的网状结构可以对其起到牵扯的作用。PVA纤维 是一种具有柔性的合成纤维,PVA纤维的掺人不仅提 高了PVA纤维抹面砂浆中基体的粘性与稠度,阻碍集 料的下沉,而且南于它良好的亲水性,与胶凝材料的粘 结力强,当集料的下沉引起浆体的流动时,贯穿其中的 无数PVA纤维与浆体的互相牵扯,抑制了浆体的流动 性,限制了置于其巾的集料的运动。 f31 邓宗才.高性能合成纤维混凝土『M1.北京:科学出 版社,2003. [4]王海波,孙诗兵,林波.聚乙烯醇纤维对砂浆阻裂 性能的影响U1.建筑技术,2005,36(4). 『51 胡康宁.掺PVA纤维的抗裂改性水泥的性能与应 用研究fI].混凝土技术,2011(8). [6] 李良.我国部分建筑墙体材料现状及其发展前景 『I1.混凝土世界,2010(8). (7). ’ 一雾  }“ f 咚 如 【7】 李良.泡沫混凝土防水和防渗研究卟砖瓦,2010 [8] 李良.泡沫混凝土墙板的制备和应用研究卟墙材 革新与建筑节能,2010(10). 收稿日期:2014-()6-30 图6 PVA—ECC在斜拉桥桥面上的应用 1 O2 WWW.brick-tile.COlfl墙材网 新浪微博:砖瓦杂志社2014 ’. 

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